植物生长调节剂对葡萄品质影响的研究进展

王永荟 秦 曙，2

（1. 山西农业大学植物保护学院， 太原030031； 2. 山西农业大学山西功能农产品检验检测中心，太原030031）

葡萄风味独特， 富含抗氧化物质， 具有多种生理功能和营养价值。 我国所栽培的葡萄主要以鲜食为主， 大粒、 无核品种以及一些优良单系已成为葡萄产业发展的方向。 正常条件下种植的葡萄品质良莠不齐， 而植物生长调节剂（以下简称“植调剂”）作为外源活性物质， 高效、 低毒， 有促进葡萄无核、 大粒， 提高坐果、 着色以及抗逆性等优点， 可以改善葡萄生长关键节点的发育， 提升品质。 目前， 在葡萄上登记的植调剂品种在水果一类中最多， 可见植调剂在葡萄生产过程中起到越来越重要的作用。 合理使用植调剂能促进葡萄产业健康可持续发展。 本文对植调剂的分类及其在葡萄上的登记和使用功效情况进行介绍， 对近10 年有关植调剂对葡萄品质影响的研究进展进行综述， 并总结提出植调剂使用时应注意的问题， 以期为提高葡萄种植品质以及合理利用植物生长调节剂提供参考。

一、 植调剂在葡萄上的登记及使用情况

（一） 植调剂的分类 目前， 植调剂按照对植物生长的功能作用可分为生长素类、 赤霉素类（GA）、 细胞分裂素类、 乙烯类、 脱落酸 （ABA）、生长抑制剂和生长延缓剂等种类[1～3]。

1.生长素类。 我国大量使用的生长素类植调剂有萘乙酸（NAA）、 2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）、吲哚乙酸 （IAA）。 生长素类植调剂最显著的作用是促进植物细胞的伸长生长， 加速细胞分裂， 促进组织器官分化， 诱导单性结实。 幼嫩的细胞对生长素类植调剂反应非常灵敏， 低浓度的生长素类植调剂物对植物的生长有促进作用， 而中高浓度的生长素类植调剂则会产生抑制作用甚至杀死植物。

2.赤霉素类。 赤霉素类植调剂可以促进果实增大， 还能打破休眠、 加快种子萌发、 提高坐果。 生产中常用的GA3是通过赤霉菌液体发酵或固体培养提取获得的， 其在碱性环境下易失活。 国内生产上还常用G4+7， 另外国外还曾用GAl+2[3]。

3.细胞分裂素类。 该类植调剂可以有效促进细胞分裂、 促进果实膨大、 延缓离体叶片中蛋白质和叶绿素的破坏作用、 延迟衰老， 以及影响物质运输的方向和重新分配、 促进坐果。 最早发现的细胞分裂素类植调剂是激动素， 生产上常用的主要包括6-苄氨基嘌呤 （6-BA）、 氯吡脲 （CPPU）、 噻苯隆（TDZ） 等。

4.乙烯类。 包括乙烯发生剂和乙烯抑制剂。 乙烯物质的生物合成由蛋氨酸的第3、 第4 碳原子衍生而来， 具有加速果实成熟与衰老、 植物叶片和果实脱落的效果， 同时还有抑制营养、 矮化植株、 改变花性等生理功能， 与赤霉素类作用相反。 在实际生产中常用的主要是乙烯利， 其易溶于水和乙醇，水溶液呈强酸性， 单剂使用易产生药害， 可与胺鲜复配使用。

5. 脱落酸。 脱落酸能够促进离层的形成、 衰老， 使叶片气孔迅速关闭引起脱落， 能调节植物芽体的休眠， 并能在逆境条件下提升含量、 增强抗逆性， 属于抑制性植物激素。 脱落酸可以人工合成，但是人工合成的脱落酸没有天然脱落酸作用强。

6.生长延缓剂和生长抑制剂。 生长延缓剂可以抑制亚顶端分生组织的伸长， 生长抑制剂也有同样的效果， 并且效果更强， 可以完全抑制顶端分生组织的活动， 高浓度可以逆转整个生长过程， 且不能通过赤霉素逆转。 常用的生长延缓剂有矮壮素、 氯化胆碱等， 抑制剂有整形素和三碘苯甲酸等[1]。

除了上述几种类型的植调剂， 从油菜花粉中分离出的生理活性物质芸苔素内酯 （BR） 属于甾醇类植物激素[4]， 由于其广谱、 高效、 无毒， 且施用低浓度就可以促进植物生长以及受精作用， 因此目前被大量应用于生产中。 植调剂还经常以复配剂的形式使用， 如胺鲜·乙烯利、 氯化胆碱·三十烷醇、氨基寡糖素·噻苯隆等。

（二） 植调剂在葡萄上的登记 截至2023 年2月， 在登记有效期内的植调剂产品有1 447 个， 其中在葡萄上登记的产品有152 个， 包括104 个单剂品种、 48 个复配剂品种。 在葡萄上登记的植调剂产品中， 常用的单剂有S-诱抗素、 苄氨基嘌呤、赤霉酸、 单氰胺、 氯吡脲、 萘乙酸、 吲哚丁酸、 芸苔素内酯、 噻苯隆等。 目前， 赤霉素的登记品种数量位居第一， 复配剂的使用也逐渐增多。

（三） 植调剂在葡萄生产上的使用功效

1.促进插条生根与催芽。 生长素类植调剂具有促进插条生根与催芽的作用， 2，4-D、 萘乙酸、 吲哚乙酸等施用后， 插条上形成愈伤组织， 诱导葡萄根原基， 促使插条形成不定根， 提高扦插成活率。使用赤霉素类、 细胞分裂素类、 芸苔素内酯等植调剂处理种子， 可增强水解酶活性， 使淀粉被水解为还原糖， 蛋白质被水解为氨基酸， 加速种子萌发。

2. 诱导花芽分化和无核果实形成。 20 世纪60年代以后， 有学者提出了植物体内激素动态平衡作为花芽分化机理的假说， 之后在1980 年HOAD 通过控制果、 叶数量， 观察使用BA 后花芽状态， 发现BA 促进了成花[2]。 细胞分裂素类植调剂的使用可以促进花芽分化， 而赤霉素类、 生长素类植调剂是抑制成花的重要因素。

目前， 无核葡萄的形成有两种路径， 一种是种子败育型无核， 在经过授粉受精后， 合子胚阶段发生败育现象从而减少种子数量， 甚至果实中不含种子[5]， 但是该方式育种周期长。 另一种是由无核剂处理产生无核， GA3是目前无核化普遍使用的植调剂， 其可以阻碍胚囊、 胚珠和花粉正常发育， 形成无核果实[6～7]， 但GA3只对部分葡萄品种生效。

3.保花保果， 提高坐果率， 促进果实膨大。 生长素类、 赤霉素类和细胞分裂素类植调剂具有调控果柄离层形成的作用， 能防止器官脱落， 保花保果， 同时也能疏花疏果， 克服大小年现象， 提高果实品质。 玫瑰香品种落粒严重， 盛花前7 d 使用矮壮素可有效提高坐果率， 盛花后10～20 d， 对幼果喷洒100～200 mg/L 赤霉素溶液， 单产可提高50%[8]。 细胞分裂素类植调剂用在开花至花后15 d， 可促进葡萄果肉细胞的分裂， 增加细胞数量，与GA3组合使用， 膨大果实效果更好[9～10]。

4.果品保鲜。 细胞分裂素类植调剂可以延缓植物衰老， 阻止蛋白质以及叶绿素的破坏， 减少葡萄储存的损失， 维持商业价值。 1-甲基环丙烯可延长果蔬成熟衰老的过程， 是目前应用最成熟的保鲜剂。

5.改善着色。 高温会抑制花青素的积累， 不利于葡萄着色， 有研究表明， 在 “红地球”“火焰无核” 品种中使用芸苔素内酯的类似物可以有效改善着色[11]。

二、 植调剂对葡萄品质影响的研究进展

（一） 对外观指标的影响 植调剂可以改变葡萄的外观指标， 如单果重、 色泽等。 目前， 种植鲜食葡萄时多使用赤霉素类植调剂来提高穗质量， 促进果实膨大， 以获得足够的单果重。 关于GA3促进果实膨大的机制研究是一个漫长复杂的过程， 数位学者做出了很大的努力， 先是花后使用GA3后通过分析转化酶活性， 认为GA3是通过早期刺激转化酶活性， 使细胞扩大来增加果实大小的； 然后， 在花开后12 d 进行GA3处理， 观察7 d 内内源激素含量水平、 细胞骨架变化， 以及细胞壁修饰相关蛋白等基因的表达， 认为使用GA3后诱导了内源激素的重置平衡以及下游激素的交流， 促进了胞壁的松弛[12～13]； 后续进一步通过RNA-seq 分析了赤霉素类植调剂对葡萄果实整体转录组的影响，发现了其中许多差异基因参与了果实膨大的过程，全面地解释了赤霉素类植调剂促进果实膨大的分子机制[14]。 但是实际使用赤霉素类植调剂后， 在促进果实膨大的同时时常出现落果现象[4]， 对此GARCÍA-ROJAS 等[15]将基因表达差异与浆果脱落敏感性联系， 研究了GA3对落粒基因的影响， 发现GA3的施用诱导了葡萄果蒂木质化关键基因的过度表达。 之后又进一步研究了GA3对花梗硬度的转录组学反应， 认为GA3是通过诱导强硬的细胞壁合成来影响花梗硬度[16]， 探明了GA3对花梗发育的影响， 为减少落果的研究提供基础。

除了果实本身的大小， 色泽也是一项重要的外观指标。 一些葡萄种植地区由于光照、 温度等原因导致葡萄果皮着色不佳， 降低了商业价值。 果皮颜色是在以叶绿素、 类胡萝卜素、 花色苷为主的代谢产物综合作用下最终形成的。 已有研究表明， 苯丙烷类路径和类黄酮路径形成花色苷， 四吡咯途径合成叶绿素[17～18]， 甲羟戊酸和2-C-甲基-D-赤藓糖醇、 4-磷酸途径影响类胡萝卜素[19]， 植调剂能够调节以上代谢产物的合成途径， 改变葡萄着色， 目前的研究集中在花色苷的合成及变化中。

通过调节花色苷合成途径中的转录因子和结构基因的表达可以影响着色， 结构基因直接编码合成花色苷所需的酶， 如CHI、F3H、DFR和UFGT等； 转录因子则是通过间接调控结构基因的表达来改变花色苷合成[20～22]。 低浓度的6-BA 可以通过MybA1影响CHS1、UFGT这两个结构基因， 增加花色苷的表达， 其中100 mg/L 的6-BA 在花后90 d施用能显著增加花色苷合成基因的相对表达量[23]。有研究发现， 100 mg/L ABA、 200 mg/L NAA 处理在类黄酮代谢中对F3H分支的刺激更敏感[24]。 葡萄转色期间和之后两次施用ABA 可延长葡萄浆果对ABA 的反应能力， 提高转录因子VvMYBA1和VvMYBA2以及基因F3H和UFGT的表达水平，并诱导花青素的积累[25]。

在类黄酮路径中糖是花色苷合成的重要原料，乔子纯等[26]通过对花色苷组分、 内源脱落酸的分析以及花色苷与糖的相关性研究， 发现200 mg/L 6-BA 处理增加了花青素类和花翠素类花色苷的积累， 并且显著增加了花色苷与蔗糖的正相关性， 确定200 mg/L 的处理效果最佳。 此外， 也有学者研究了植调剂对叶绿素、 类胡萝卜素和花色苷的调节作用， 如李芳菲[27]发现ABA 可以促进叶绿素和类胡萝卜素的降解， 程大伟等[28]和黄海娜等[29]发现25 mg/kg GA3+2.5 mg/kg TDZ 在着色方面虽然增加了花色苷含量， 但是着色指数和着色一致性变差。 植调剂可以通过多种途径影响外观指标， 因此， 正确认识植调剂在果实外观品质上的作用有利于提高种植效益以及葡萄的商业价值。

（二） 对食用指标及营养指标的影响 衡量食用指标最简单的方法是比较可溶性固形物、 可滴定酸以及其固酸比， 它们直接影响酸甜变化， 在葡萄风味中占有至关重要地位。 固酸比大， 口感偏甜，固酸比小， 口感偏酸， 不过， 一味追求高含糖量并不能达到最好的食用体验， 将固酸比维持在一定的范围是葡萄特有风味形成的关键。 在GA3浓度不变基础上适当增加CPPU 施用量， 可以增加可溶性固形物、 还原糖含量[30]， 但是可溶性固形物含量会随CPPU 过量而下降[31～33]。 在果实膨大期前进行2， 4-表芸苔素内酯 （EBR） 处理， 可降低可滴定酸含量[34]， 并且促进转色期的糖卸载， 显著提高可溶性糖的含量[35]。 LV 等[36]研究BR 和ABA 在高温胁迫下的代谢组学特征， 发现外源ABA、 BR 和ABA+BR 组合处理相比对照促进了果实可溶性糖含量的积累和蔗糖的降解， 使氨基酸和次生代谢物增加， 延缓高温伤害， 维持葡萄果实品质。

但仅仅是固酸比不能全面概述葡萄的口感， 有机酸在味觉中也起到很重要的作用， 少量变化就会导致酸甜风味的巨大改变。 葡萄中酒石酸属于特征酸， 含量最多， 其次是苹果酸。 酒石酸味道尖酸生硬， 停留时间短， 有粗糙感； 苹果酸口感圆润， 清爽， 回味绵长， 适量的苹果酸有助于强化葡萄风味。 使用植调剂后有机酸含量的变化情况也是评测葡萄品质的一方面， 王西成等[37～38]发现6-BA 对有机酸的积累有抑制作用， 经对有机酸代谢相关的酶编码基因进行分析后， 确定了酒石酸酶基因表达与代谢产物的相关性， 并且通过研究MDH、ME、PEPC和IDH编码基因， 认为NAA 可延缓有机酸的降解， 延迟果实的成熟。

酚类物质属于次生代谢产物， 依据结合方式可分成游离酚和结合酚， 有较强的抗氧化性。 葡萄多酚具有多种生理功能和药理作用， 了解酚类物质有助于认识和进一步开发其营养价值。 目前， 类黄酮是葡萄酚类物质研究的一个重点， 有研究显示S-诱抗素可显著提高果实酚酸类、 黄烷醇类单体 酚 和 白 藜 芦 醇 的 含 量[39]。 TYAGI 等[40]在GA3与CPPU 单剂和混合处理的试验中发现， CPPU 会增加总单宁含量导致产生较高的涩味， 并且相比于GA3， CPPU 对表型、 生化和分子反应产生了更广泛的影响。 综上所述， 植调剂能通过调节糖酸以及次生代谢产物等比例来优化葡萄食用口感和平衡营养成分， 推进葡萄品质向着更高层次发展。

（三） 对香气成分的影响 对葡萄的综合评价可以分为3 类， 即外观、 营养和风味[41]， 影响人体感官最主要的就是风味因子。 风味物质分为呈香和呈味两部分[42]， 葡萄自身的香气来源于萜烯、 C13-降异戊二烯衍生物、 甲氧基吡嗪、 挥发性硫化物等物质[43]。 HE 等[24]发现外源NAA 可能是通过上调VViCD4a和VViCD4b关键基因以及提高底物利用率来显著促进以（Z）-β-大马酮和（E）-β-大马酮为主的降异戊二烯类化合物的合成， 从而改变葡萄的香气。 使用植调剂后， 对于具有麝香香气的葡萄品种而言， 从嗅觉上可以更明显地感受到香气变化。 例如， 张娜[4]发现“藤稔”“夏黑” 品种经GA3+CPPU 膨大处理后香气合成途径中的萜类物质含量降低， 气味出现改变， 而GA3+CPPU 在 “阳光玫瑰” 葡萄生产中发挥了协同效应， 增加了链状单萜和（反）-2-己烯醛的积累， 但是GA3浓度过高会抑制香气物质的积累[44]。 王继源等[45]研究 “玫瑰香” 品种葡萄时同样发现高浓度的CPPU 处理延缓并抑制了单萜类物质合成前期和后期关键基因DXS3和LIS的表达， 使“玫瑰香” 葡萄香味减少。

三、 植调剂使用时应注意的问题

植调剂可以缓解植物生长中受到的环境胁迫，但植调剂在使用时， 会受到光照、 温度等很多因素影响， 并且由于施用难度大， 使用者稍不注意就会引发药害后果。 市场上的各种裂果、 落果、 减产等问题， 很多是不当使用植调剂造成的， 因此在农业生产中应注意以下两点， 确保植调剂使用的有效性。 （1） 喷洒前应确定品种的适配性， 谨慎选择。同一种植调剂对不同葡萄品种的效果不同， 如在其他变量相同的条件下对 “夏黑”“阳光玫瑰”“金手指”“绍兴一号” 4 个品种使用GA3+CPPU，“夏黑”的可溶性固形物含量下降最少[46]。 同一类植调剂的效果也会存在差异， 如在GA3组合TDZ 或CPPU促进 “辽峰”“夏黑” 果实膨大试验中， TDZ 膨大效果好， 但是合成可溶性固形物和可溶性糖方面效益低于CPPU[47～48]。 （2） 生产期间应该注意植调剂的施药时期、 次数及浓度。 植调剂属于激素类物质， 植物在不同发育时期对激素的需求不同， 只有在特定的生长阶段使用才能达到预期。 肖丽珍[49]将GA3+CPPU 分别在花前7 d、 初花期、 盛花期、 末花期及花后15 d 使用， 发现在不同时期使用该植调剂对果实无核率、 果粒重、 固酸比均有影响。同时还要控制施药次数， 如奚晓军等[50]设计1 次处理只在盛花末期使用25 mg/L GA3， 2 次处理在1次处理基础上， 花后15 d 再次使用GA3、 TDZ、CPPU 单剂或组合， 观察施药次数对葡萄品质的影响， 发现经过1 次处理的“沪培1 号” 果实出现了大小粒的现象， 2 次处理在原有的基础上果穗整齐， 具有很好的商品性。 此外， 植调剂活性强， 细微浓度的变化就可能产生相反的效果， 如赤霉素类植调剂可以提高无籽葡萄的坐果， 但是当浓度低于20 mg/L 时， 在促进新梢生长的同时反而会使果粒脱落[8]。

目前普遍使用的植调剂本身也伴随一些问题，如牛锐敏等[51]发现TDZ 不利于着色， 且会延迟果实成熟； 武轩[52]同样发现TDZ+GA3组合处理在一定程度上降低了果实花色苷含量； 侯旭东和谭佳欣[53]通过试验发现GA3+CPPU 处理会对 “妮娜皇后” 的果实着色产生影响， 但是这些问题还没有得到有效解决。

四、 展望

葡萄中影响品质的因素过多， 但很多研究只是选取几个重要因素就评价了植调剂对葡萄品质的影响， 这导致无法全面确定某种植调剂对葡萄品质的影响作用。 目前， 有多种综合评价方法被应用于葡萄品质评价中， 包括主成分分析法、 层次分析法、灰色关联度法等。 这些方法的应用将会促进评价体系的健全。

植调剂组合使用比单一植调剂使用有更高的灵活性， 植调剂种类、 浓度会有更多的组合以及产生更加多变的效果。 但是组合应用的研究当前不具有系统性， 各个已开展的研究之间对照组浓度、 施药时间等都有差异， 并且对于药剂组合中单一植调剂的各自作用以及加和效应机制机理的研究甚少。 今后从这方面深入挖掘将有利于药剂组合的优化。 此外， 植调剂的使用也会带来一些不利影响， 后续的研究可以通过开发新药以及在药剂组合配比的不断试验中， 在保持使用植调剂带来的优点的同时解决这些不利因素。

除了植调剂， 土壤、 水分、 花穗整形等栽培管理方式、 果木树势以及天气情况也会影响最终品质， 植调剂的使用对葡萄品质仅起到辅助作用。 目前已有一些研究将植调剂的使用与栽培管理技术、肥料的使用结合[54]， 未来应更加重视加和作用的发挥， 并加强田间操作的技术指导， 夯实植调剂的促进作用， 进而达到高产、 优质的目的。